考虑混凝土衬砌板与冻土接触非线性的渠道冻胀数值模拟

旱寒灌区渠基土中水分在温度梯度作用下向冻结锋面迁移聚集并冻结膨胀,使其上混凝土衬砌板冻胀破坏,以往的线弹性分析方法在数值模拟中将冻土与混凝土衬砌板视为一体,无法反映两者之间的滑移。本文采用符合冻土与混凝土接触面冻结特性的非线性本构模型来合理反映两者的相对滑动及脱离,考虑混凝土的弹塑性及其与冻土的接触非线性,建立能反映混凝土板从弹性到塑性屈服失效过程的渠道冻胀破坏数值模型,并对冻胀过程进行分析。结果表明,未考虑接触非线性的切向冻结力会超过混凝土与冻土最大冻结强度,不符实际;而考虑接触非线性的数值模型更能反映衬砌渠道冻胀破坏过程,更能合理解释渠道冻胀破坏位置在渠底中间和阴阳坡靠近渠底1/3板长处,切向冻结力、法向冻胀力最大值较未考虑接触非线性的要小约50%且分布更均匀。     

东港地区衬砌渠道冻胀有限元数值模拟研究

严寒地区的混凝土衬砌渠道渠基土冻胀作用常引起混凝土开裂,甚至产生隆起破坏,造成渠道渗漏,使灌区灌溉用水浪费严重。结合辽宁东港地区不同形式衬砌渠道结构的原位观测试验,应用ANSYS有限元软件,对苯板和非苯板衬砌渠道试验段进行了温度、应力和应变数值模拟分析。结果表明:将冻土视为横观各向同性线弹性材料,符合冻土的力学本构特性,既能反映冻土冻胀时的变形和应力分布规律,又与实测情况吻合良好。苯板衬砌渠道的设计,可解决东港水稻灌区地下水位高、现有混凝土渠道衬砌抗冻胀性能差、混凝土易裂、破损率高等问题。     

寒旱区梯形渠道衬砌冻胀破坏数值模拟

针对刚性衬砌渠道冻胀破坏问题,选取宁夏盐环定扬黄灌区衬砌渠道为研究对象,在考虑相变及水分迁移模型基础上,考虑高地下水位对冻胀的影响,建立考虑水分迁移及地下水影响的数学物理模型,并采用Comsol Mutiphysics有限元软件对梯形渠道混凝土衬砌进行冻胀数值模拟,分别从温度场、位移场和应力场对刚性衬砌渠道冻胀破坏等方面进行了研究分析。结果表明:阴坡、阳坡冻胀量较大,渠底较小,渠底中部、渠坡1/3坡板长度处冻胀量分别达到最大值。渠底中部的法向冻胀力较小,两边逐渐增大,阴坡、阳坡的法向冻胀力分布均匀;渠底的切向冻结力成线性分布。阴坡、阳坡靠近坡脚处切向冻结力较大,左、右两端坡顶处切向冻结力较小,渠底衬砌板和两侧衬砌板属于压弯组合变形构件。     

高地下水位灌排渠道衬砌结构抗冻胀数值模拟

 高地下水位区的灌溉渠道往往具有灌排功能,比一般输水渠道工作条件更为复杂,滤透式刚柔耦合衬护结构施工简单、经济合理且集排水（无需防渗）与抗冻胀于一体受到关注。为了评价这种衬护结构的有效性,采用北京理正软件进行渗流稳定分析,利用有限元分析软件 ADINA 对其温度场、变形场及应力场进行数值模拟分析,研究了该衬护结构的稳定性与冻胀变形及其法向冻胀力和切向冻胀力分布规律,并分析衬砌板的应力及破坏规律;通过与普通混凝土全断面衬砌对比分析,指出该滤透式刚柔耦合衬护结构通过排水和释放变形不仅能使衬砌板的冻胀量及冻胀力更加均匀,而且使渠坡和衬护结构稳定性提高,使其法向及切向冻胀力减小 25.58% ～ 48% ,可有效控制衬护渠道冻胀破坏,表明该结构对于高地下水位地区灌排渠道的抗冻胀衬护具有很大的应用和推广价值。     

兴城海滨灌区衬砌渠道抗冻胀试验与数值模拟

寒区混凝土衬砌渠道因渠基土冻胀易出现渠底和渠坡混凝土面板裂缝和上台等破坏情况,从而引起渠道渗漏,水资源浪费现象.通过对辽宁兴城海滨灌区苯板衬砌渠道开展冻胀量和地温等现场观测试验,并结合有限元数值模拟对比分析,得出模拟结果与实际观测结果基本吻合的结论,为渠道工程抗冻胀设计提供了重要参考依据.     

季节性冻土区渠道衬砌结构冻胀防治效果数值模拟研究

渠道衬砌冻胀及损伤问题是季节性冻土区普遍存在的现象,这些问题被认为是热量输送和水分流动过程之间相互作用造成的。本文提出了一种新型的衬砌结构,并在大石桥市某灌区研究了新型及传统衬砌结构对渠道冻胀的影响,并采用组合热量传输和水分流动的二维耦合模型分析了新型和传统渠道衬砌结构的温度变化特征及新型衬砌防冻胀效果,两种渠道衬砌结构不同深度处的温度数值模拟结果与现场实测结果基本一致。现场观测结果表明:新型渠道衬砌结构具有渗漏低、导热系数低、排水速度快、不均匀变形低等特点。因此,在季节性冻土区这种新的渠道衬砌结构可以很好地防止冻胀破坏的发生。     

渠道防冻胀衬砌结构的选择

通过渠道衬砌冻胀破坏调查与实际观测分析,渠道刚性衬砌基土冻胀破坏,与基土冻胀位移大小及其不均匀程度、衬砌结构受约束条件、衬砌抵抗或适应基土冻胀变形的能力等因素有关。在选择防冻胀衬砌结构时,应从消除或减少基土冻胀及其不均匀性、消除衬砌结构的约束条件、提高衬砌结构的强度和适应基土冻胀变位能力等方面综合考虑。     

考虑接触行为的U型渠道冻胀数值模拟

U型衬砌渠道具有良好的整体性和冻胀适应性,但在冬季仍极易因土体冻胀而导致破坏。考虑渠基冻土与衬砌接触面冻结的非线性特性和冻土、混凝土材料的塑性特征,建立能分析渠道基土与衬砌间挤压、脱开及滑移等接触力学行为的渠道冻胀破坏热力耦合数值模型。以宝鸡峡灌区塬下北干渠为原型渠道,按照模型是否考虑接触分别进行冻胀数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:考虑接触的模型模拟结果与原型实测值更相符,更能合理地解释U型渠道冻胀在渠底与阴坡衔接处冻胀量最小;考虑接触的混凝土塑性应变最大值是不考虑接触时的3.76倍;考虑接触的法向冻胀力和切向冻结力更均匀,最大值均减少1.5~3.0倍,应力集中现象减弱,更能反映混凝土衬砌板与渠基土之间的滑移变形与破坏准则的相互作用。研究结果为U型衬砌渠道冻胀破坏规律提供了分析方法。     

小型U形玻璃钢渠道抗冻胀数值模拟

玻璃钢渠道在我国北方部分灌溉渠道建设中得到应用,其抗冻胀效果得到普遍认可。由于地区差异大,其性能表现也可能存在差异。本文以辽宁新宾县渠道工程为例,通过ANSYS有限元分析,对小型U形玻璃钢渠道模型、混凝土渠道模型的抗冻胀性能进行对比,结果表明:两类渠道模型保温性能差异很小;与混凝土渠道相比,小型U形玻璃钢渠道韧性更强、应力分散作用更显著,小型U形玻璃钢渠道可以更好地维持渠道衬砌板稳定性。     

季节性冻土地区衬砌渠道冻胀及防治措施

渠道冻胀及其防治问题是我国北方灌区渠道工程中的一个重要问题，文中从渠基土的冻胀性能、地下水位的埋深、渠道衬砌材料和结构及渠道走向等四个方面，较深入地分析了产生渠道冻胀破坏的机理，总结了各地近年来渠道冻胀的研究成果，提出了渠道冻胀防治的各种措施，对渠道防渗防冻胀工程建设具有参考价值，并指出今后应进一步开展研究的若干问题。     

渠道冻胀模拟试验及衬砌结构受力分析

本文介绍了渠道冻胀模型的设计、制作和试验方法，提出了模型试验结果能较好地反映原型渠道的冻结、冻胀特征和规律、模型东深、冻胀量呈线性相关，Ｈｐ＝１．５１Ｈｍ－５１．２５、ｐ＝２．０２ｈｍ－３．５９，冻胀强度与冻前含量的关系式同《冻规》中的计算式吻合一致，采用渠道冻胀模型试验研究方法，认识解决渠道冻胀有关问题是可行的，并冻胀量在渠道断面上的分布情况，对衬砌形式进行受力分析得出：小Ｕ形渠、弧底梯形渠和弧     

有限元数值模拟混凝土衬砌渠道苯板保温效果研究

针对传统的均布苯板保温形式的缺陷与不足,文章对季节性冻胀渠道保温法苯板的铺设方式进行了改进,根据相关规范及冻土物理学理论,利用有限元软件对采用不同保温形式的衬砌渠道温度进行了数值模拟。结果表明不等厚苯板保温形式能够达到均布苯板的效果,同时可节省材料,降低工程的造价。     

衬砌渠道防冻胀设计中的几个问题

我国北方地区,水工建筑物在冬季普遍受到基土冻胀的危害。由于衬砌渠道工程一般为护砌式结构,厚度很小,因而所受冻胀破坏尤为严重。轻则衬砌开裂,降低了防渗效果,重则发生严重变形,影响安全通水。根据甘肃省     

基于有限元的混凝土衬砌渠道冻胀性能研究

冻害分析及防治研究是混凝土衬砌渠道设计和运行管理研究的一个重要课题,尤其是在地下水位较高的冬季,受外部日照热辐射以及周期性低高温交叉变化的反复作用下,渠道混凝土衬砌面发生冻胀破坏现象尤为严重。本文在分析了影响混凝土衬砌渠道冻胀特性的土质条件、水分条件等因素后,结合有限元技术,对一大U形混凝土衬砌渠道进行建模仿真,通过数值模拟仿真结果与实际特性相比较,验证了有限元技术在渠道冻胀研究方面的可行性和准确性。     

寒冷地区灌区渠道衬砌防冻胀工程技术

寒冷地区大中型灌区渠道衬砌冻胀破坏问题非常普遍,尤其是地下水位较高地区,对渠道自身和灌区运行危害很大.通过对渠道冻胀机理分析,根据多年工程经验,从渠道断面形式、基土层保温、防水和换填等方面,提出了适应和削减冻胀的一系列经济实用的工程技术措施.     

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏数值模拟

视冻土为横观各向同性线弹性材料,将渠基冻土和渠道作为一个整体,应用大型有限元通用软件ANSYS,按有限元法大体积超静定结构温度应力计算方法,对大U形混凝土村砌渠道冻胀进行热应力间接耦合数值模拟,计算渠道的温度场、变形场和应力场,分析渠道冻胀受力和变形规律.结果能较好地反映大U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,方法通用且过程简捷,可用于大U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计中.     

衬砌渠道抗冻胀分析

通过对衬砌渠道进行实例计算,阐述了抗冻胀计算的规定、控制点的确定、需计算的内容,并对计算结果进行了分类和判断。